一種齒輪雙面嚙合測量儀及消除其所用標準齒輪引入誤差的方法與流程

2023-09-11 05:18:55

本發明涉及齒輪精度測量技術領域，具體涉及一種齒輪雙面嚙合測量儀及消除其所用標準齒輪引入誤差的方法。

背景技術：
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隨著工業技術水平的提升，傳動系統對齒輪製造質量要求不斷提高。作為齒輪製造質量最終檢驗程序的齒輪雙面嚙合法，以其設備簡單，測量速度快，全面反映齒輪製造精度等優點，在測量齒輪徑向誤差方面得到了越來越廣泛的應用。

採用齒輪雙面嚙合測量方法測量齒輪徑向綜合偏差，產生測量結果分散性大的主要原因是由測量原理造成的，標準規定，採用比被測齒輪高兩個精度等級的標準齒輪作為基準元件與被測齒輪嚙合來考核兩個齒輪間的中心距的變動。在實際應用中，標準齒輪本身的製造誤差直接影響到測量結果，而且由於相位變化，在被測齒輪和標準齒輪嚙合測量過程中，中心距的變化，還會隨著兩個齒輪之間嚙合相位的變化，在徑向方向的「峰-峰」、「峰-谷」、「谷-峰」、「谷-谷」的變化而變化，更加影響到測量結果的一致性，實際測量結果需要的只是要反映被測齒輪的徑向變化。

現有方式中，可通過直接測量標準齒輪的單項幾何形狀誤差，包括齒形、齒向及齒距等，再根據測得的單項幾何形狀誤差求出標準齒輪的徑向綜合偏差，最後根據測量結果求出標準齒輪的徑向綜合偏差從而獲得被測齒輪的徑向綜合偏差。但該方法中所測得的標準齒輪的徑向綜合偏差只是標準齒輪在有限個截面上徑向偏差的平均值，不能完整的反映出標準齒輪在整個嚙合過程中的徑向偏差，故很難從根本上消除標準齒輪引入的誤差。

由此可見，以齒輪雙面嚙合測量方法測量齒輪徑向綜合偏差時，影響測量精度的主要因素有兩個：一是所用齒輪雙面嚙合測量儀的測量精度，傳統的齒輪雙面嚙合測量儀相對比較簡單，測量鏈短；二是所用的標準齒輪的結構和精度，這一點尤為重要，即使齒輪雙面嚙合測量儀具有較高的測量精度，若所用的標準齒輪本身的精度較低，也會降低最終的測量精度，因此，現有方式只能通過提高標準齒輪本身的製造精度來確保用齒輪雙面嚙合測量法進行齒輪徑向誤差測量的精度，但高精度的標準齒輪的製造成本又相當高昂，且國內外關於標準齒輪的設計沒有統一的標準，只有一些齒輪行業比較認同的設計原則，比如，齒輪雙面嚙合測量要求標準齒輪比被測齒輪高兩個精度等級；要求標準齒輪齒寬大於被測齒輪齒寬；標準齒輪齒數大於被測齒輪等等，這就造成了標準齒輪成本增加、種類繁多、儀器利用率不高、浪費嚴重等問題。

技術實現要素：
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為了提高齒輪雙面嚙合測量儀的測量精度，本發明提供了一種齒輪雙面嚙合測量儀及消除其所用標準齒輪引入誤差的方法，該測量儀具有較高的測量精度，該方法採用雙嚙合測量原理，預先修正標準齒輪本身存在的誤差，利用計算機控制及誤差處理補償方法對測量結果進行修正。

本發明的齒輪雙面嚙合測量儀，採用的技術方案在於：包括底座、計算機、光柵傳感器、電機及滑板，所述滑板通過導軌設於底座上，滑板的頂部轉動設有第一定位軸，滑板的頂部於第一定位軸旁設有光柵傳感器，所述電機的輸出軸豎直伸向底座的上方並連接有第二定位軸，所述光柵傳感器通過數據採集卡連接計算機，所述計算機通過驅動器連接電機。

所述底座上於第二定位軸外套設有定位座，所述定位座與滑板之間設有連接彈簧。

本發明的消除齒輪雙面嚙合測量儀中標準齒輪引入誤差的方法，採用的技術方案在於由以下步驟構成：

一、對所用標準齒輪的每個齒槽按順序依次用阿拉伯數字進行標記；

二、選定與標準齒輪具有同等精度等級的共軛標定齒輪，選取共軛標定齒輪中的某一齒作為特定齒；

三、將標準齒輪和共軛標定齒輪安裝到齒輪雙面嚙合測量儀上，標準齒輪安裝到滑板的第一定位軸上，共軛標定齒輪安裝到電機的輸出軸連接的第二定位軸上，讓共軛標定齒輪中的特定齒與標準齒輪中的第一個齒槽相嚙合；

四、標準齒輪在共軛標定齒輪的驅動下按照設定的轉動方向轉過一個齒距角，此時齒輪雙面嚙合測量儀中的光柵傳感器讀取標準齒輪和共軛標定齒輪之間的中心距變化量，並由數據採集將數據傳輸至計算機；

五、通過齒輪雙面嚙合測量儀中的滑板帶動標準齒輪移動使其與共軛標定齒輪分離，之後通過電機帶動共軛標定齒輪反向轉至初始位置，再通過滑板帶動標準齒輪移動使其上的第二個齒槽與特定齒嚙合；

六、重複上述操作步驟，直至標準齒輪轉動一周使其上的所有齒槽依次逐個與特定齒進行嚙合；

七、取下共軛標定齒輪，將被測齒輪安裝到電機的輸出軸第二定位軸上，使標準齒輪與被測齒輪進行嚙合傳動，此時通過光柵傳感器讀取標準齒輪和被測齒輪之間的中心距變化量，並由數據採集卡將數據傳輸至計算機；

八、計算機將步驟7中測量的數據與步驟1至步驟6中所測量的數據進行疊加，得到被測齒輪的徑向綜合偏差值。

本發明的有益效果是：本發明從齒輪雙面嚙合的工作原理出發，提出了一種齒輪雙面嚙合測量儀及消除其所用標準齒輪引入誤差的方法，該測量儀具有較高的測量精度，該方法藉助於與標準齒輪同等級精度的共軛標定齒輪來預先測量標準齒輪本身存在的誤差，並利用計算機控制及誤差處理補償方法採用標準齒輪本身的偏差對測量結果進行修正，準確的獲得了被測齒輪的徑向綜合偏差。

由於標準齒輪本身的設計、齒數、精度直接影響到被測齒輪的徑向綜合誤差的測量結果，標準齒輪與被測齒輪嚙合測量的相位不同更會影響到測量結果，即測量結果的重複誤差(示値變動誤差)很大，因此，本方法能夠降低對標準齒輪本身精度的要求，提高測量結果的一致性，可降低齒輪測量的成本，提升齒輪的製造精度，滿足工業生產的需求；解決了齒輪雙面嚙合測量結果分散性大的問題，使徑向綜合誤差控制在3um以內；為確定齒輪雙面嚙合儀精度級別提供了可靠的依據；根據測量結果準確的將被測齒輪按照同一公差帶的齒厚(或M値、跨棒距等參數)進行分組，同一公差帶內的齒輪組成齒輪傳動組，保證了齒輪嚙合的側隙值，提高了齒輪傳動的平穩性。

附圖說明：

圖1為齒輪雙面嚙合測量儀的結構示意圖；

圖2為被測齒輪徑向綜合偏差曲線圖，圖中F′r表示徑向跳動、F′i表示徑向綜合偏差、f′i表示一齒徑向綜合偏差；

圖3為標準齒輪的1號齒槽與共軛標定齒輪的特定齒相嚙合的示意圖；

圖4為標準齒輪轉過一個齒距角的示意圖；

圖5為標準齒輪和共軛標定齒輪分離時的示意圖。

具體實施方式：

參照圖1，本發明的齒輪雙面嚙合測量儀，包括底座1、計算機2、光柵傳感器3、電機4及滑板5，所述滑板5通過導軌6設於底座1上，滑板5的頂部轉動設有第一定位軸7，滑板5的頂部於第一定位軸7旁設有光柵傳感器3，所述電機4的輸出軸豎直伸向底座1的上方並連接有第二定位軸12，所述光柵傳感器3通過數據採集卡8連接計算機2，所述計算機2通過驅動器9連接電機4。所述底座1上於第二定位軸12外套設有定位座10，所述定位座10與滑板5之間設有連接彈簧11。

本測量儀通過精密的光柵傳感器3來檢測兩個齒輪之間的中心距，由技計算機2處理測量數據，並由電機自動驅動兩個齒輪的嚙合傳動，相較於傳統的齒輪雙面嚙合檢測儀，其整體水平有了質的提升。

所述齒輪雙面嚙合法的原理是以被測齒輪迴轉軸線為基準，用徑向拉力彈簧使被測齒輪與標準齒輪作無側隙的雙面嚙合傳動，被測齒輪的雙齧偏差轉化為中心距的連續變動記錄成徑向綜合偏差曲線，如圖2所示。齒輪雙面嚙合測量中，誤差曲線反映的是測量齒輪與被測齒輪以及儀器的誤差在徑向疊加綜合影響的結果。圖2中，雙齧測量結果曲線f(t)可以表示為：f(t)＝R(t)+S(t)+δ(t)，式中t表示測量時間；R(t)表示被測齒輪的周期性系統誤差；S(t)表示標輪齒輪的周期性系統誤差；δ(t)表示瞬態系統誤差。

利用齒輪雙面嚙合原理進行測量需要得到的是被測齒輪的徑向誤差，如果能減小或消除標準齒輪對測量結果的影響，則可明顯提高測量結果的一致性。因此，本發明從齒輪雙面嚙合的工作原理出發，提出了一種消除齒輪雙面嚙合測量儀中標準齒輪引入誤差的方法，本方法在計算機數字控制的齒輪雙面嚙合測量儀上，採用與待標定的標準齒輪同精度等級的共軛標定齒輪的特定齒進行嚙合。待標定的標準齒輪的每個齒只與其同精度等級的共軛標定齒輪的特定齒進行嚙合傳動，當完成某一個輪齒的標定後，兩個齒輪脫開，共軛標定齒輪迴到初始位置，使兩個齒輪的每次嚙合運動都是進齒—嚙合—脫開，直至得到整周的待標定輪齒的誤差值，完成對待標定齒輪的標定。

參照圖3至圖5，本方法具體由以下步驟構成：

一、對所用標準齒輪的每個齒槽按順序依次用阿拉伯數字進行標記；

二、選定與標準齒輪具有同等精度等級的共軛標定齒輪，選取共軛標定齒輪中的某一齒作為特定齒，(只要標準齒輪的每一個齒與選定同等精度等級的共軛標定齒輪中的某一齒做嚙合運動即可，所以特定齒是強調標準齒輪的每個齒與其同等精度等級的共軛齒輪的同一齒做嚙合運動)；

三、將標準齒輪和共軛標定齒輪安裝到齒輪雙面嚙合測量儀上，標準齒輪安裝到滑板5的第一定位軸7上，共軛標定齒輪安裝到電機4的輸出軸連接的第二定位軸12上，讓共軛標定齒輪中的特定齒與標準齒輪中的第一個齒槽相嚙合；

四、標準齒輪在共軛標定齒輪的驅動下按照設定的轉動方向轉過一個齒距角，此時齒輪雙面嚙合測量儀中的光柵傳感器3讀取標準齒輪和共軛標定齒輪之間的中心距變化量，並由數據採集卡8將數據傳輸至計算機2；

五、通過齒輪雙面嚙合測量儀中的滑板5帶動標準齒輪移動使其與共軛標定齒輪分 離，之後通過電機4帶動共軛標定齒輪反向轉至初始位置，再通過滑板5帶動標準齒輪移動使其上的第二個齒槽與特定齒嚙合；

六、重複上述操作步驟，直至標準齒輪轉動一周使其上的所有齒槽依次逐個與特定齒進行嚙合；

七、取下共軛標定齒輪，將被測齒輪安裝到電機的輸出軸第二定位軸12上，使標準齒輪與被測齒輪進行嚙合傳動，此時通過光柵傳感器3讀取標準齒輪和被測齒輪之間的中心距變化量，並由數據採集卡8將數據傳輸至計算機2；

八、計算機2將步驟七中測量的數據與步驟一至步驟六中所測量的數據進行疊加，得到被測齒輪的徑向綜合偏差值，最終測量結果形成的曲線即為被測齒輪的徑向綜合偏差曲線。